Биологические (тканевые) клапаны

Полимерные материалы незаменимы для восстановительных операций и на других отделах сердца.

Например: Осложнением обширного инфаркта Миакардо может быть выпячивание истонченной и рубцово-измененной сердечной мышце, так называемая Аневризма сердца. Прочность тканей в следствие операции значительно снижается. Поэтому проводят подшивание с помощью синтетических тканей.

Современная сосудистая хирургия немыслима без применения синтетических сосудистых протезов. Операции на сосудах производится при врожденных и приобретенных заболеваниях, сопровождающихся нарушением нормальной проходимости по ним крови. Эти нарушения в основном касаются магистральных сосудов и могут быть причиной тяжелых заболеваний и даже могут угрожать жизни больного. В основе оперативных вмешательств лежит создание искусственного обходного пути для прохождения крови, так называемое Шунтирование или Удаление и замена участка сосуда синтетическим протезом. Чаще всего среди заболеваний сосудов встречается сужение дуги аорты и легочной артерии, так же заболевания (сужения) могут возникнуть в случае тромбоэмболии, артериосклероза и др.

Например из лавсанового волокна изготавливают протез дуги аорты различного диметра с отходящими от нее основными стволами. Сосудистые протезы изготавливают плетеными и тканными.

Качество сосудистых протезов определяется в основном их механическими свойствами: пористостью и эластичностью. Эластичность протеза зависит от методов обработки и размеров гофрировки.

Сосудистые протезы изготавливают гофрированными, чтобы при перегибах их просвет не уменьшался.

Пористость стенки искусственного сосуда имеет положительные и отрицательные свойства. Оставляя синтетический сосуд в организме человека, происходит постепенное замещение полимера живой тканью. Процесс разрушения сосудистого протеза протекает интенсивно, так как на его стенку постоянно оказывают механическое давление, пульсовые удары. Наличие пористости делает возможным прорастание тканей организма через поры - положительные свойства. Отрицательные свойства пористости - возможность просачивания крови через стенку протеза (кровоизлияние). Для устранения этого недостатка состав стенки протеза было включено водорастворимое волокно на основе поливенилового спирта - Венола. Рассасывание водорастворимого волокна в организме постепенно увеличивает пористость стенки протеза и этим способствует его вживлению. Обычно добавляют 15-20% венолового волокна. При попадании во влажную среду раны веноловое волокно набухает и закрывает поры протеза, затем оно рассасывается и замещается тканями организма.

Другой вид получения сосудистых протезов:

Крупносетчатый протез - помещается в подкожную клетчатку больного, которому предполагается операция на сосудах. За время нахождения в подкожной клетчатке, протез прорастает тканями и и будучи потом пересажен на место удаленного сосуда легче приживляется. Через некоторое время поверхность пересаженного протеза покрывается эндотелием.

Пластика сосудов не всегда предусматривает замену сегмента. Иногда операции заключаются в наложении заплаты на боковую стенку сосудов. Или например сужение просвета аорты или в тех случаях, когда сужение образуется мембраной, с закрывающей просвет аорты. В таких случаях достаточно рассечь сосуд и удалить мембрану. В разрез аорты вшивается овальной формы заплата из синтетической ткани. Таким образом восстанавливается достаточный для нормального кровообращения просвет сосуда. При этом сохраняется большая часть собственной сосудистой стенки.

Замещение сосудов.

 

Стентирование сосудов

 

 

Шунтирование сосудов

 

Тема №5: "Титан в медицине"

 

Титан - металл серебристого цвета с голубоватым отливом, невысокая плотность (4500кг/м³), температура плавления 1660⁰С, а кипение 3260⁰С.

Свойство титана значительно изменяются от содержания в нем примесей, чистый титан ковок и имеет невысокую твердость, технический металл хрупок и тверд. Вредными примесями для титана являются азот и кислород, резко снижающие его пластичность, а так же углерод снижающий ковкость и затрудняющий обработку. Водород сильно повышает чувствительность титана к надрезу.

На поверхности титана образуется стойкая оксидная пленка, в следствие чего титан обладает стойкостью к коррозии. На воздухе титан устойчив, до 400⁰С титан свои свойства при нагреве не меняет.

Титан образует ряд окислов (оксидов) из них наиболее изучены четырехвалентное соединение TiO₂, Ti₂O₃, Ti₃O₅ и TiO.

Двуокись титана (TiO₂) - амфотерный порошок белого цвета.

TiO₂ используется при производстве берилл и белых эмалей. Так же титан уже давно используется как хороший раскислитель и добавка в стали из сплава цветных металлов.

В следствии того, что титан прочный, относительно легкий, коррозионно стойкий и жаропрочный, он нашел широкое применение в качестве конструкционного материала: самолетостроение, медицина.

Биологическая инертность по отношению к живому организму, сочетающиеся с антикоррозионной стойкостью, высокими механическими качествами, доступностью и относительно невысокой ценой обеспечили широкое применение титана в медицине. Так же стоит отметить, что титан обладает высокой усталостной прочностью и это позволяет использовать его внутри костных фиксаторов, внутренних и наружных протезов, которые подвергаются постоянным знакопеременным нагрузкам.

Обработка титана.

Титан пластичный металл, поддается всем видам механической обработки. Кроме того, титан - немагнитный материал, поэтому у людей с титановыми имплантатами могут проводить различные физиотерапевтические процедуры.

Титановые конструкции отлично переносится организмом человека и обрастают мышечной и костной тканью. Масса титановых конструкций в 2 раза меньше, чем у конструкций из стали.

Хирургические инструменты.

Скальпели, ножницы

Чтобы увеличить твердость титана, износостойкость и снизить коэффициент трения, проводится термическая и химическая обработки.

Ортопедия.

Повсеместно используют титановые стержни, которые обеспечивают неподвижность осколков, способствуя процессу регенерации костных тканей. Использование для изготовления костных фиксаторов титана позволило избежать осложнений благодаря биологической нейтральности титана, в том числе его используют для длительного нахождения в организме. Титан так же используется при лечении околосуставных переломов (клеммы и скобы из титана).

Наиболее эффективным является применение титана в артропластике бедра. Так же титан используется для перелома нижних челюстей - П-образная скоба из титана.

 

Тема №6: "Эффект памяти формы"

 

ЭПФ - явление возврата к первоначальной формы при нагреве, которое наблюдается у некоторых материалов после предварительной деформации.

Суть явления.

В исходном состоянии в материале существует определенная структура. При деформации (например, изгиб) внешние слои материала вытягиваются, а внутренние сжимаются. эти вытянутые структуры - мортенситные пластины.

 

Необычным является то, что в материалах с ЭПФ мортенсит термоупругий. При нагреве начинает проявляться термоупругость мортенситных пластин, то есть в них возникает внутренние напряжения, которые стремятся вернуть структуру в исходное состояние, то есть сжать вытянутые пластины и растянуть сплюснутые.

Характеристики ЭПФ.

Эффект памяти формы характеризуется 2-мя величинами:

Маркой сплава со строго выдержанным химическим составом.

Температурами мортенситных превращений.

В процессе ЭПФ участвуют превращения двух видов - прямое и обратное. Каждый из них проявляется в своем температурном интервале (TD1-TD2 - начало и конец превращение при деформации, TN1-TN2 - диапазон обратного мортенситново превращения при нагреве).

Температура мортенситного превращения являются функции от марки сплава и от его химического состава. Изменение химического состава сплава (намеренное или результат брака) ведут к сдвигу этих температур.

Например 50% никеля и 50% титана первый диапазон от 40-65⁰С и второй диапазон 95-100⁰С.

50,5% никеля первый диапазон от -5-20⁰С, а второй от 50-55⁰С.

ЭПФ проявляется несколько миллионов циклов. Термообработка для усиления свойств. Чем выше TN1-TN2, тем в меньшей степени выражен ЭПФ.

Сверхупругость.

Сверхупругость - свойство материала, подвергнутого напряжению до напряжения значительно превышающего предел текучести, полностью восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки. Сверхупругость наблюдается в области температур между началом прямого мортенситного превращения и концом обратного.

Материалы с ЭПФ.

Никелид титана.

Обычно в состав входит по массе 55% никеля. Температура плавления порядка 1300^оС, плотность 6500 кг/м³. Ему присуща кристаллическая решетка. Другое название - нитинол.

Никелид титана обладает плюсами:

Превосходная коррозионная стойкость

Высокая прочность

Хорошие характеристики формы запоминания (деформация до 8% полностью восстанавливается, напряжение восстановления достигает до 800 МПа

Хорошая совместимость с живыми организмами

Высокая демпфирующая способность материала

Недостатки:

Сплав легко присоединяет азот или кислород

Затруднена обработка при изготовлении детали (особенно резание)

Высокая цена

Другие сплавы с ЭПФ.

1) Au - Cd (золото с кадмием)

2) Cu - Zn - Al (купрум-цинк-алюминий) - на ряду с никелидом титана имеет практическое применение. Температуры мортенситных превращений от - 170 до + 100^оС

Преимущества:                                             Недостатки:

- можно выполнять в обычной атмосфере      - хуже характеристики формозапоминания

- легко обрабатывается резанием                  - хуже механические и коррозионные свойства

- в 5 раз дешевле, нежели никелид             - при термообработке происходит укрупнение зер-                                                                           на => снижаются механические свойства

3) Cu - Al - Ni (купрум-алюминий-никель) температура мортенситных превращений от + 100 до +200^оС.

4) Fe - Mn - Si - наиболее дешевый

5) другие сплавы: Fe - Ni, Cu - Al, Cu - Mn, Co - Ni, Ni - Al и другие.